静电除尘器的工作原理是应用高压直流不平均电场使烟气中的气体分子电离,产生大量电子和离子,在电场力的作用下向两极挪动,在挪动过程中碰到气流中的粉尘颗粒使其荷电,荷电粉尘在电场力作用下与气流别离向极性相反的极板或极线运动,荷电粉尘抵达极板或极线时由静电力吸附在极板或极线上,经过振打安装使粉尘落入灰斗从而使烟气净化。
1.气体电离和电晕放电
由于辐射摩擦等缘由,空气中含有少量的自在离子,单靠这些自在离子是不可能使含尘空气中的尘粒充沛荷电的。因而,要应用静电使粉尘别离须具备两个根本条件,一是存在使粉尘荷电的电场;二是存在使荷电粉尘颗粒别离的电场。普通的静电除尘器采用荷电电场和别离电场所一的办法,如图1所示的高压电场,放电极接高压直流电源的负极,集尘极接地为正极,集尘极能够采用平板,也能够采用圆管。
在电场作用下,空气中的自在离子要向两极挪动,电压愈高、电场强度愈高,离子的运动速度愈快。由于离子的运动,极间构成了电流。开端时,空气中的自在离子少,电流较少。电压升高到数值后,放电极左近的离子取得了较高的能量和速度,它们撞击空气中的中性原子时,中性原子会合成成正、负离子,这种现象称为空气电离。空气电离后,由于联锁反响,在极间运动的离子数大大增加,表现为极间的电流(称之为电晕电流)急剧增加,空气成了导体。放电极四周的空气全部电离后,在放电极四周能够看见一圈淡蓝色的光环,这个光环称为电晕。因而,这个放电的导线被称为电晕极。
在离电晕极较远的,电场强度小,离子的运动速度也较小,那里的空气还没有被电离。假如进一步进步电压,空气电离(电晕)的范围逐步扩展,后极间空气全部电离,这种现象称为电场击穿。电场击穿时,发作火花放电,电话短路,电除尘器中止工作。为了保证电除尘器的正常运动,电晕的范围不宜过大,普通应局限于电晕极左近。
假如电场内各点的电场强度是不相等的,这个电场称为不平均电场。电场内各点的电场强度都是相等的电场称为平均电场。例如,用两块平板组成的电场就是平均电场,在平均电场内,只需某一点的空气被电离,极间空气便会部电离,电除尘器发作击穿。因而电除尘器内必需设置非平均电场。
开端产生电晕放电的电压称为起晕电压。关于集尘极为圆管的管式电除尘器在放电极外表上的起晕电压按下式计算:
式中m——放电线外表粗糙度系数,关于润滑外表m=1,关于实践的放电线,外表较为粗糙,m=0.5~0.9;
R1——放电导线半径,m;
R2——集尘圆管的半径,m;
δ——相对空气密度。
T0、P——规范状态下气体的温度和压力;
T、P——实践状态下气体的温度和压力。
从公式(1)能够看出,起晕电压能够经过调整放电极的几何尺寸来完成。电晕线越细,起晕电压越低。
电除尘器到达火花击穿的电压称为击穿电压。击穿电压除与放电极的方式有关外,还取决于正、负电极间的间隔和放电极的极性。
是在电晕极上分别施加正电压和负电压时的电晕电流—电压曲线。从图(1)能够看出,由于负离子的运动速度要比正离子大,在同样的电压下,负电晕能产生较高的电晕电流,而且它的击穿电压也高得多。因而,在工业气体净化用的电除尘器中,通常采用稳定性强、能够得到较高操作电压和电流的负电晕极。用于通风空调进气净化的电除尘器,普通采用正电晕极。其优点是,产生的臭氧和氮氧化物量较少。
2.尘粒的荷电
电除尘器的电晕范围(也称电晕区)通常局限于电晕线四周几毫米处,电晕区以外的空间称之为电晕外区。电晕区内的空气电离后,正离子很快向负(电晕)极挪动,只要负离子才会进入电晕外区,向阳极挪动。含尘空气经过电除尘器时,由于电晕区的范围很小,只要少量的尘粒在电晕区经过,取得正电荷,堆积在电晕极上。大多数尘粒在电晕外区经过,取得负电荷,后堆积在阳极板上,这就是阳极板称为集尘极的缘由。
尘粒荷电是电除尘过程的步。在电除器内存在两种不同的荷电机理。一种是离子在静电力作用下做定向运动,与尘粒碰撞,使其荷电,称为电场荷电。另一种是离子的扩散现象招致尘粒荷电,称为扩散荷电。对dc>0.5μm的尘粒,以电场荷电为主;对dc<0.2μm的尘粒,则以扩散荷电为主;dc介于0.2~0.5μ的尘粒则两者兼而有之。在工业电除尘器中,通常以电场荷电为主。
在电场荷电时,经过离子与尘粒的碰撞使其荷电,随尘粒上电荷的增加,在尘粒四周构成一个与外加电场相反的电场,其场强越来越强,后招致离子无法抵达尘粒外表。此时,尘粒上的电荷已到达饱和。
在饱和状态下尘粒的荷电量按下式计算:
式中ε0——真空介电常数,ε0=8.85×10-12C/N•m2;
dc——粒径,m;
Ef——放电极四周的电场强度,V/m;
εp——尘粒的相对介电常数。
εp与粉尘的导电性能有关。对导电资料εp=∞;绝缘资料εp=1;金属氧化物εp=12~18;石英εp=4.0。
从上式能够看出,影响尘粒荷电的主要要素是尘粒直径dc、相对介电数εp和电场强度。